Патент на изобретение №2359028

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКЗОПОЛИСАХАРИДА АЛЬГИНАТНОГО ТИПА

(57) Реферат:

Изобретение относится к получению экзополисахаридов, используемых в качестве сгущающих агентов при эксплуатации нефтяных месторождений, в частности относится к способу получения экзополисахаридов альгинатного типа. Способ предусматривает культивирование Azotobacter vinelandii ИБ-1 на питательной среде Федорова, содержащей смесь микроэлементов и мелассу в количестве 60,0 г/л, в ферментере при условиях аэрации: 0,5 объемов воздуха на 1 объем среды в минуту и перемешивании 300 оборотов в минуту при температуре 25°С в течение 48 часов. Выделение экзополисахарида осаждением изопропиловым спиртом в количестве 70% по объему. Изобретение позволяет повысить выход экзополисахарида. 1 табл.

Изобретение относится к получению биополимеров, представляющих собой экзополисахариды, используемые в качестве сгущающих агентов при эксплуатации нефтяных месторождений, в частности относится к способу получения экзополисахаридов альгинатного типа.

Известны способы получения экзополисахаридов с использованием различных штаммов микроорганизмов: Acinetobacter sp. ВКПМ В-3243 [1], Bacillus polymyxa B-3015 [2].

Общим недостатком известных способов получения экзополисахаридов является низкий выход целевого продукта, длительность проведения процесса.

Известен штамм бактерий Azotobacter vinelandii (Lipman) ВКПМ В-5933, являющийся продуцентом экзополисахарида альгинатного типа [3]. Несмотря на то что данный штамм может продуцировать до 10 г/л экзополисахарида, недостатком известного способа получения является низкий выход целевого продукта.

Известен штамм бактерий Azotobacter vinelandii ИБ 1, являющийся продуцентом экзополисахарида альгинатного типа [4]. Способом получения экзополисахарида, принятого за прототип, на основе указанного штамма микроорганизмов является периодическое культивирование бактерий на питательной среде Федорова, имеющей состав, г/л: К₂HPO₄ – 0,3; CaHPO₄ – 0,2; MgSO₄ – 0,3; K₂SO₄ – 0,2; NaCl – 0,5; FeCl₃ – 0,01; CaCO₃ – 5,0; меласса – 40,0; смесь микроэлементов – 1 мл, вода водопроводная до 1 л при аэрации на качалке (200 об/мин) при температуре 25°С в течение 48 часов. Выход экзополисахарида при этом составляет 16 г/л.

Недостатком известного способа является низкий выход экзополисахарида.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение выхода экзополисахарида, продуцируемого бактериями Azotobacter vinelandii ИБ-1.

Поставленная техническая задача решается культивированием бактерий Azotobacter vinelandii ИБ-1 на питательной среде Федорова, содержащей смесь микроэлементов и мелассу в условиях аэрации при температуре 25°С в течение 48 часов при следующих условиях:

с дальнейшим выделением экзополисахарида при осаждении его изопропиловым спиртом в количестве 70% по объему.

Для определения граничных значений параметров технологического процесса культивирования и зависимости выхода экзополисахарида проводят опыты по выращиванию микроорганизмов при использовании периодического культивирования в ферментерах АК-210 с рабочим объемом 6 л и выделению экзополисахарида.

Результаты экспериментов приведены в таблице.

Из результатов, приведенных в таблице, следует, что оптимальными значениями параметров технологического процесса для обеспечения наибольшего выхода экзополисахарида являются (опыт 10):

при которых конечная концентрация экзополисахарида составляет 25 г/л, вязкость 30000 сСт, что более чем в 1,5 раза превышает выход экзополисахарида по прототипу.

Изобретение характеризуется следующими примерами.

Пример 1. Процесс культивирования бактерий Azotobacter vinelandii ИБ 1 проводили на питательной среде Федорова (следующего минерального состава, г/л: К₂HPO₄ – 0,3; CaHPO₄ – 0,2; MgSO₄ – 0,3; K₂SO₄ – 0,2; NaCl – 0,5; FeCl₃ – 0,01; CaCO₃ – 5,0; смесь микроэлементов – 1 мл, вода водопроводная до 1 л) в ферментерах АК-210 рабочим объемом 6 л (аэрация, 0,5 объемов воздуха на 1 объем среды в 1 мин; перемешивание 300 мин^-1) при температуре 25°С в течение 48 часов, содержании мелассы в питательной среде, составляющем 40 г/л (опыт 2). Выделение экзополисахарида из культуральной жидкости проводили при помощи осаждения изопропиловым спиртом (70% по объему). Осадок промывали чистым изопропиловым спиртом (в соотношении 1:3 по объему), холодной водой (в соотношении 1:3 по объему) и высушивали до постоянной массы под вакуумом при температуре 60-80°С. Выход экзополисахарида составил 16,2 г/л, вязкость 18000 сСт.

Пример 2. Процесс проводили согласно примеру 1. Выделение экзополисахарида из культуральной жидкости проводили при помощи осаждения изопропиловым спиртом (60% по объему). Выход экзополисахарида составил 12,5 г/л.

Пример 3. Процесс проводили согласно примеру 1. Выделение экзополисахарида из культуральной жидкости проводили при помощи осаждения изопропиловым спиртом (80% по объему). Выход экзополисахарида составил 16,2 г/л.

Пример 4. Процесс культивирования бактерий Azotobacter vinelandii ИБ 1 проводили на питательной среде Федорова вышеуказанного состава в ферментерах АК-210 рабочим объемом 6 л (аэрация, 0,5 объемов воздуха на 1 объем среды в 1 мин; перемешивание 300 мин^-1) при температуре 25°С в течение 48 часов, содержании мелассы в питательной среде, составляющем 60 г/л (опыт 10). Выделение экзополисахарида из культуральной жидкости проводили при помощи осаждения изопропиловым спиртом (70% по объему). Выход экзополисахарида составил 25,0 г/л, вязкость 30000 сСт.

Пример 5. Процесс проводили согласно примеру 4. Выделение экзополисахарида из культуральной жидкости проводили при помощи осаждения изопропиловым спиртом (60% по объему). Выход экзополисахарида составил 20,8 г/л.

Пример 6. Процесс проводили согласно примеру 4. Выделение экзополисахарида из культуральной жидкости проводили при помощи осаждения изопропиловым спиртом (80% по объему). Выход экзополисахарида составил 25,0 г/л.

Пример 7. Процесс культивирования бактерий Azotobacter vinelandii ИБ 1 проводили на питательной среде Федорова вышеуказанного состава в ферментерах АК-210 рабочим объемом 6 л (аэрация, 0,5 объемов воздуха на 1 объем среды в 1 мин; перемешивание 300 мин^-1) при температуре 25°С в течение 48 часов, содержании мелассы в питательной среде, составляющем 70 г/л (опыт 14). Выделение экзополисахарида из культуральной жидкости проводили при помощи осаждения изопропиловым спиртом (70% по объему). Выход экзополисахарида составил 24,8 г/л, вязкость 30000 сСт.

Таким образом, результаты проведения процесса получения экзополисахарида, приведенные в примерах 1-7, свидетельствуют о том, что при выбранных параметрах аэрации культуральной жидкости и числа оборотов перемешивающего устройства (0,5 объемов воздуха на 1 объем среды в мин и 300 мин^-1 оборотов при перемешивании соответственно), при содержании мелассы в питательной среде, равном 40 г/л, выход экзополисахарида низок и составляет 16,2 г/л (максимально при помощи осаждения изопропиловым спиртом (70% по объему)). Увеличение содержания мелассы в питательной среде до 70 г/л при тех же остальных параметрах процесса не приводит к дополнительному увеличению выхода экзополисахарида по сравнению с выходом экзополисахарида по примеру 4, где содержание мелассы в питательной среде составляло 60 г/л при осаждении изопропиловым спиртом (70% по объему).

Таблица
Конечная концентрация экзополисахарида, г/л
п/п	Аэрация, объемов воздуха на 1 объем среды в 1 мин	Содержание мелассы в питательной среде, г/л	Перемешивание, мин-1
200	300	400
1	0,25	40	12,0	14,4	11,4
2	0,50	13,5	16,2	11,9
3	0,75	11,5	12,8	9,8
4	1,00	8,2	8,0	7,0
5	0,25	50	12,0	14,4	11,5
6	0,50	14,2	20,5	12,2
7	0,75	11,5	14,0	10,0
8	1,00	8,4	8,1	7,0
9	0,25	60	12,4	15,0	12,0
10	0,50	15,5	25,0	12,7
11	0,75	11,5	14,4	10,0
12	1,00	8,8	8,1	7,1
13	0,25	70	12,5	15,2	12,2
14	0,50	15,2	24,8	12,5
15	0,75	11,6	14,2	10,2
16	1,00	9,0	8,0	7,2
17 (по прототипу)	0,10	40	Без механического перемешивания 16,0

Список литературы

1. Авторское свидетельство СССР 1579059, кл. C12P 19/04, 1990.

2. Авторское свидетельство СССР 1698293, кл. C12P 19/04, 1991.

3. Патент РФ 2073712, кл. C12N 1/20, 1997.

4. Патент РФ 2266324, кл. C12N 1/20, 2005.

Формула изобретения

Способ получения экзополисахарида альгинатного типа, предусматривающий культивирование Azotobacter vinelandii ИБ-1 на питательной среде Федорова, содержащей смесь микроэлементов и мелассу в условиях аэрации при температуре 25°С в течение 48 ч, отличающийся тем, что культивирование осуществляют при следующих условиях:

с дальнейшим выделением экзополисахарида при осаждении его изопропиловым спиртом в количестве 70% по объему.